摘要：針對康明斯康明斯型柴油機控制箱調試時出現的柴油機轉速傳感器信號無法采集的問題進行分析。分析表明故障原因系轉速傳感器和PLC匹配不合理，導致柴油機轉速無法被采集。通過對二者的接線方式進行分析和改進，合理解決了該問題，并作為改進措施引入后續康明斯發電機組項目。

一、轉速傳感器的故障情況

      隨著現代科技的快速發展，柴油機控制的自動化程度越來越高，如從早期的基于繼電器的設計到基于可編程邏輯控制器（PLC）的設計。但是在應用過程中會出現如因對PLC及相應采集元件的原理掌握不夠，從而在設計時出現兩者不匹配，導致信號無法正常采集等故障。

      本文結合康明斯公司在臺架試驗現場進行柴油機機旁控制箱功能試驗時，出現柴油機轉速傳感器信號無法被S7-200系列PLC采集的案例，分析原因并提出改進措施，為后續轉速傳感器的匹配設計提供參考。康明斯公司在臺架試驗現場進行康明斯項目柴油機機旁控制箱配機調試時，發現該項目的3臺柴油發電機組的轉速傳感器信號均無法采集，對柴油機安保功能的實現造成較大影響。

二、轉速傳感器的原因分析

      該項目機旁控制屏由西門子S7-200系列PLC構成安全、控制和報警3個系統。2個轉速傳感器分別接入安全系統和控制系統，利用PLC高速計數口對2個速度傳感器輸出的脈沖信號進行處理并計算出柴油機實時轉速。轉速傳感器品牌為日本MEIYO。MEIYO轉速傳感器為磁電式轉速傳感器。該項目的傳感器安裝在柴油機罩殼上，并對準測速齒輪。測速齒輪的齒頂和齒槽交替經過傳感器并切割磁力線，磁隙的變化引起磁阻的變化，在線圈中感應電勢也隨之變化，從而輸出一個感應電勢脈沖。對感應電勢脈沖進行放大、整形后對外輸出。PLC的高速計數口對轉速傳感器輸出的脈沖電壓進行采集，通過采集1s內的脈沖數，并經過程序計算后得出柴油機的轉速。西門子S7-200該系列PLC高速計數口可識別的邏輯“1”對應的電平為15～26 VDC，也就是說轉速傳感器的脈沖電壓的高電平須在15～26 VDC之間。

      為查找故障具體原因，進行了如下幾個方面的定性分析。

（1）從故障情況來看：3臺機的6個轉速傳感器信號均無法采集，而且所有元件都經過入廠檢驗，合格后才入庫。因此基本可以確定：此次故障非單一元件的質量問題所引起。

（2）對照接線圖對6個轉速傳感器的接線情況進行了逐一檢查，確認與圖紙要求完全一致。

（3）為進一步查找原因，采用德國Noris轉速傳感器替代MEIYO轉速傳感器進行試驗。經過反復多次的試驗，各臺機組機旁控制箱的PLC均能正常采集轉速信號。基本可以確定故障系MEIYO轉速傳感器與PLC之間的匹配存在問題，同時也驗證了PLC工作是正常的。

（4）為了找到兩種轉速傳感器的差異，采用示波器分別對Noris轉速傳感器和MEIYO轉速傳感器輸出的信號進行監測。

      從監測到的波形可以看出：MEIYO轉速傳感器輸出的信號脈沖高電平在8 VDC左右，Noris轉速傳感器的脈沖高電平在20VDC左右。上文已經提到：根據西門子手冊，高速計數口能采集的高電平范圍為15～26VDC。MEIYO轉速傳感器輸出的脈沖高電平僅為8VDC，與PLC端口的要求不符，因而出現轉速脈沖信號無法被PLC采集的情況。

（5）經查閱轉速傳感器相關資料：傳感器通過三極管對外輸出脈沖電壓。雙極型三極管分為PNP型和NPN型。如圖1所示。

圖1  轉速傳感器三極管類型（輸出脈沖電壓）

      針對PNP和NPN兩種類型的輸出，對應的PLC分別有不同的接線方法。如圖2所示，對于PNP型輸出，當三極管輸入電壓大于開啟電壓Vov后，三極管導通，輸出電壓為高電平，滿足PLC采集要求。對于NPN型輸出，當三極管輸入電壓大于開啟電壓Vov后，三極管導通，輸出電壓為低電平，無法滿足PLC采集要求。這也與示波器現場監測到的波形一致。通過增加上拉電阻，使得PLC高速計數口的電壓為高電平，即可滿足PLC的采集要求。

      通過更改接線，PLC采集的相當于是L+與I0.0之間的電平。對于NPN型輸出，當三極管輸入電壓大于開啟電壓Vow后，三極管導通，此時L+與10.0.之間為高電平，滿足PLC采集要求。

      從上述兩種轉速傳感器的技術參數看：MEIYO轉速傳感器輸出型式為NPN，Noris轉速傳感器輸出型式為NPN和PNP。也就是說，Noris轉速傳感器既可按NPN型式接線也可按PNP型式接線，而MEIYO轉速傳感器只能按NPN型式接線。

圖2  PNP型柴油機轉速傳感器接線方法

三、改進措施及效果

（1）根據以上分析，對現場的3臺機的機旁控制箱按圖2的接線方法，在PLC的I0.0和L+端子之間增加一個阻值為2.5 kΩ的上拉電阻。在完成該改進方案后，開機進行驗證，安全系統和控制系統轉速顯示均正常，而且與柴油機上機械轉速表的顯示保持一致。

（2）再次對機旁控制箱按圖5的接線方法更改PLC接線。整改完成后，同樣進行開機驗證，安全系統和控制系統轉速顯示正常，而且與柴油機上機械轉速表的顯示保持一致。

（3）通過以上分析和試驗，驗證了按圖2接線方式均能滿足PLC對NPN型轉速傳感器的信號采集功能。為統一標準，對于今后采用NPN型轉速傳感器，明確按圖5的接線方法進行接線圖的繪制和產品的制造。

總結：

      通過以上對故障情況的分析，并在后續項目圖紙設計時按制定的措施落實，經多輪柴油機配機試驗，均無轉速信號無法采集的現象出現，證明該問題已得到了徹底解決。